(57)【要約】【課題】SF6 ガスの入っている電気設備ならびに空気中のSOF2、SF4 及びSO2を速やかに検出することができる携帯器を提供すること。つまり、六弗化硫黄(SF6)ガス分解生成物質の現場用ガス検出器であり、特に弗化チオニル(SOF2)と二酸化硫黄(SO2)をその目的とする検出器を提供すること。【解決手段】次から構成されるSF6ガス分解生成物質の検出用装置である。すなわち、(a) SOF2 またはSF4を含有するSF6ガスを受け入れる取入口、(b)前記取入口に接続され、SOF2 またはSF4をSO2 に変換する触媒を内包するチャンバ、そして (c) 前記チャンバの下流側に接続されているSO2検出器から構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次から構成される、SF6 分解生成物を検出する装置。
（ａ）SOF2 もしくはSF4 、その他のSF6分解生成物を含有するSF6 ガスの取入口、
（ｂ）前記取入口に接続され、SOF2 もしくは SF4 をSO2に変換する触媒を内包するチャンバ、ならびに、
（ｃ）前記チャンバの下流側に接続されている SO2 検出器。
【請求項２】
前記取入口とチャンバの間に流量制御装置を設置した請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記SO2 検出器の下流側にスクラバを接続した請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記SO2 検出器の下流側にスクラバを接続した請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記チャンバに微細なシリカゲルを充填した請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記スクラバに分子篩を充填した請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバが加熱される請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記チャンバとシリカゲルは約２００℃に加熱される請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記シリカゲルのサイズは１００〜１２０メッシュである請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記チャンバは、充電式電池を電源とするDC-AC インバータによって加熱される請求項８の装置。
【請求項１１】
SOF2 もしくは SF4 を含むSF6 ガスを、SOF2 を SO2に変換する触媒に通し、変換されたSO2 ガスの濃度を検出するSF6 分解生成物検出方法。
【請求項１２】
SF6 ガスの流量を調整する流量制御を行う請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
SOF2 ならびにSF4 をSO2に変換した後に、同ガスをスクラブする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒は微細なシリカゲルである請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスを分子篩に通すことにより前記スクラブを行う請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記シリカゲルを加熱する請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリカゲルを約２００℃に加熱する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記シリカゲルを、充電式電池を電源とする直流/交流インバータによって加熱する請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は六弗化硫黄(SF6)ガス分解生成物質を対象とするガス検出技術分野に属し、特に弗化チオニル(SOF2)、四弗化硫黄 (SF4) 及び二酸化硫黄 (SO2)の検出を目的とする。本発明は、SF6ガスを充填してある電気設備や大気中において、SOF2, SF4 及び SO2を敏速に検出する新規の携帯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
六弗化硫黄(SF6)は無色、無臭、無毒性で不燃性の気体である。誘電性ならびにアーク消弧性がよい。これら固有の特性により、高圧設備の誘電媒体として人気が高い。1950年代に導入されて以来、ブレーカー、スイッチ、変圧器、母線、ケーブルなどにも普及している。多くの用途で、可燃性の絶縁油に代わって使われるようになり、密集している市街地において、より小型のガスを絶縁体とするサブステーションを使うことができるようになった。
【０００３】
アーク、部分的放電、異常運転条件においては、SF6 は非常に反応性の高いフッ素と硫黄の化合物に分解する。一次分解生成物のほとんど (SF4, SF2, S2F2, 及び F2) が設備内の他の物質とすばやく反応し、より安定性した二次分解生成物を生成する （SOF2, SO2F2, SO2, COS, HFなど）。これらの安定性の比較的高いガスにしても、さらに水分や酸化金属と反応して最終的に前記設備の腐食を招く可能性がある。しかも、これら気体の多くが高い毒性を有し、設備の保守修理作業や洗浄作業を行う際に支障を来し得る。
【０００４】
ガス絶縁型設備の不良箇所を発見する従来の方法のひとつは、疑わしき密閉部分の弁を短時間開けて調べることである。SF6の分解生成物は腐った卵のような独特の刺激臭があるが、毒性があるため、この方法による検出作業は避けるようにとされている。
【０００５】
一次分解生成物は、設備内でごく短時間しか存続しないため、二次分解生成物の検出方法が一般的に使用されているが、その成績はまちまちとなっている。次に、先行する発明と開示内容を記載する。
【０００６】
特許文献１（Hugi, 発行日１９７０年５月１９日(英国特許出願公開１１５２７５４号明細書、仏国特許出願公開第１５５３８０３号明細書、独国特許出願公開１４８８８６０号明細書、スイス国特許出願公開第４４８２５９号明細書)） は、変圧器、スイッチボックス、ガス充填ケーブルなど電気装置類の充填物である六弗化硫黄(SF6)の有害な分解生成物の有無を調べる機器を開示している。これは、六弗化硫黄充填物に直接、接触する採取容器を持ち、この容器には、pHが変化すると色や彩度が変化するように染料で染色された活性アルミナまたはマグネシウムといった水酸基イオンを含有する粒子材料が入っている。この材料は、汚染ガスとの初回の接触で、汚染ガスのわずかな圧力で色や彩度に恒久的かつ不可逆性の変化を示す。これは指示管に通常使用されている技術である。
【０００７】
特許文献２（Miners、発行日１９８５年３月１９日(１９８６年３月１１日発行カナダ国特許１，２０１，７６７号明細書は同一のカナダ版)） は、分解生成物に曝露されたときに抵抗値が変化する高電圧絶縁体の利用を説明するものである。Minersは、電気設備内のSF6 分解生成物質が増大して、SF6使用設備の構造に使用されている固体絶縁物質の劣化を引き起こすようになる前に、分解生成物を検出して警告する携帯用ガス分析器を開示している。分解生成物の警告によって、費用のかかる故障を避けようというものである。特定の絶縁材料の表面感度は、曝露されているSF6の分解生成物質の濃度が高くなるに連れて逆に急速に落ちていく。よって、この表面感度を計測するという非破壊性試験の原理に基づいて携帯用ガス分析器は構成されている。
【０００８】
この手法は、特許文献３（Rupprecht、公開日１９９３年４月１５日）でさらに洗練された。ここでは、抵抗値の測定がプローブに組み込まれており、このプローブをSF6設備内に装備できる。この方法は、水分にも反応することと、他の堆積物も抵抗値に変化をもたらすことから、選択的ではない。特許文献３は、設備内に取り付けられるセンサーを使い、分解生成物質の水準をモニターすることも記載している。このセンサーは特許文献２に記載されている型である。
【０００９】
特許文献４（Gribi、公開日１９９２年５月１３日）は、分解生成物に曝露されると共振周波数が変化する結晶の利用を記述している。この方法は、一部の金属性堆積物も前記結晶の共振周波数に変化をもたらす可能性があるため、選択的ではない。
【００１０】
特許文献５（出願日１９６７年９月２２日）は、陽イオン交換樹脂を利用し、指示液によって弗化水素(HF)とフッ素を検出することを記載している。しかし、HF と F2 の両方共に非常に反応性が高く、分解ガスにおけるこれらの濃度は非常に低い可能性がある。しかも、液体を使用するため、実施には非常に手間がかかることになろう。
【００１１】
特許文献６（出願日１９８５年６月１１日）は、ソリッドステート装置を使用して分解生成物の存在を検出することを記載している。NPN接合部が、活性フッ素を含有するガスと分解生成物に曝露されると、接合特性が変化する。しかしながら接合特性の変化は、恒久的なものであるとされているため、この検出器の分解生成物への反応は累積する可能性がある。
【００１２】
特許文献７（出願日１９８７年１１月３０日）は、ガラス布を積層した円板表面に銀ペースト電極を塗布した構造となっているセンサーを記載している。センサーは、分解生成物質に曝露されると抵抗値が低くなる。前記センサーの抵抗値の変化は、累積恒久的である可能性がある。
【００１３】
特許文献８（出願日１９８７年１１月３０日）は、無機質シリコン化合物を含浸させたエポキシ樹脂製円板表面に銀ペースト電極を塗布した構造となっているセンサーを記載している。前記センサーの抵抗値の変化は、累積恒久的である可能性がある。
【００１４】
特許文献９（出願日１９８７年１１月３０日）は、シリカ粉を含浸させたシリコンゴム製円板表面に銀ペースト電極を塗布した構造となっているセンサーを記載している。前記センサーの抵抗値の変化は累積恒久的である可能性がある。
【００１５】
イオン移動スペクトロメトリもまた、分解生成物質の検出に利用できる。たとえばG.A.S.から Gesellschaft fur analytische Sensorsystemeが出ている。しかしながら、この装置は高価であり、結果の読み取りもシンプルではない。
【００１６】
今日では現場の化学的方法としては指示管の使用が最も普及している。実際には、試料チャンバにある程度の量の試料ガスを入れ、この試料ガスを手動で流量を調節しながら指示管に送り込む。SOF2 と SO2 の存在は、色調表示のついている管の中の色変化で示される。
【特許文献１】米国特許第３，５１２，９３９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５０５，１４６号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４１３３９４７号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第４８４５６９号明細書
【特許文献５】特公昭４７−１１４７８号公報
【特許文献６】特開昭６１−２８５０１３号公報
【特許文献７】特開平１−１４２４５０号公報
【特許文献８】特開平１−１４２４５２号公報
【特許文献９】特開平１−１４２４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、指示管はSF6の主な分解生成物質である SOF2に特定したものではなく、またSOF2 は存続時間が限定されている。測定値はリアルタイムではなく、精度も低い。前記方法は手動であり、試験者の過誤によって結果が左右されうる。
【００１８】
一般的に使用されている他の方法として、SF6の試料を適正な試験所に送り、SOF2について痕跡分析を実施させることがある（ラボ分析）。 ガス試料は、問題が疑われる設備から採取してステンレススチール製試料容器に入れる。前記設備から試験所までの距離によるが、届くまでに時間が数週間かかることもあろう。試料の劣化と試料採取中の汚染の可能性から、分析の結果が不正確となる場合もあり、通常は実際よりも低くなる。
【００１９】
電力業界においては、以下の性能を有す携帯機器の必要性が高い。
- SOF2 を現場でリアルタイムに検出する。
- 通電中の設備にも使用できる。
- 検出限界がppmレベルである。
- オペレータの手間が最低限の使いやすいものである。
【００２０】
本発明の目的は、SF6ガスを充填してある電気設備や大気中において、SOF2, SF4 及び SO2を敏速に検出することができる検出器及び検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明はF6 分解生成物質を検出する装置を提供する。この装置は、次から構成される。
（ａ）SOF2、SF4 などのSF6分解生成物質を含有する SF6 ガスの取入口、
（ｂ）前記取入口に接続し、SOF2 と SF4 を SO2に変換する触媒の入っているチャンバ、ならびに、
（ｃ）チャンバ下流に接続するSO2検出器。
【００２２】
前記装置には、流量制御装置を組み込むことができ、これは前記取入口と前記チャンバの間に設置できる。前記装置には、スクラバを組み込み、SO2検出器の下流側に接続することができる。
【００２３】
前記チャンバは、微細なシリカゲルで充填することができ、前記スクラバは、分子篩を中に設置することができる。前記シリカゲルは、１００〜１２０メッシュが可能である。
前記チャンバは加熱できる。前記チャンバとシリカゲルは摂氏約２００度まで加熱することが可能である。チャンバは、充電式電池を電源とする直流/交流インバータで加熱できる。
【００２４】
また、本発明は、SOF2 及びSF4 をSO2に変換する触媒の中に、SOF2 またはSF4 を含有するSF6 ガスを通過させ、変換されたSO2ガス濃度を検出して分解生成物質を検出する方法も提供する。
前記方法には、SF6 ガスの流量を調節する流量制御装置を組み込むことができる。
【００２５】
前記方法には、SOF2 及びSF4 をSO2に変換した後のガスのスクラブ工程を組み込むことができる。前記スクラブのために、ガスを分子篩に通す構成にすることができる。
前記触媒は微細なシリカゲルでもよい。シリカゲルを加熱してもよい。シリカゲルを、充電式電池を電源とする直流/交流インバータで加熱してもよい。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
下記において、本発明のより十分な理解のために具体的な詳細を記す。
SF6分解生成物検出器（SF6DPD）は、現場係員が用いて、SF6ガスを充填している電気設備中ならびに空気中のSF6分解生成物質を検出し存在箇所を特定することを目的とする携帯式器具である。電気的な破線状況が生じた場合、問題箇所が明確ではないことがある。回路ブレーカーが作動し、その回路のどこかに電気的な不具合が存在することを示す場合、その回路内に別個に設けられているガスコンパートメントを検査していく必要がある。
【００２７】
SF6DPDなら、電気設備から直接、SF6の分析を迅速にリアルタイムで行うことができる。前記検出器は、基本的なSF6分解生成物質である弗化チオニル(SOF2)、四弗化硫黄 (SF4) 及び二酸化硫黄 (SO2)に対し検出限界1ppmであり、その他の分解生成物質については限定的な感度を有す。
【００２８】
指示管とラボ分析には、パージと試料採取のために最大2リットルのSF6ガスが必要である。SF6は知られている温室ガスの中でも最も強力なものであり(地球温暖化ポテンシャルは二酸化炭素の24000倍)、放出するガス量は最低限に抑えることが大切である。SF6 DPDに要するのは約0.2リットルであり、現行の方法の約10分の１である。
【００２９】
ガスは、低位の分解生成物質の安定性が不良であるため、また、ラボ分析の結果を待たずにただちに不良箇所を発見するためには、その発生元で試験するほうが有利である。携帯式検出器を使用すれば、設備を迅速に調べていき、問題箇所を迅速に同定し、停電を最低限に抑えることができる。よって、設備の保守修繕に先立って、適切な手順ならびに防止対策を実施し、作業を適切に行うことができる。
【００３０】
SF6の二次分解生成物質で圧倒的に多いのはSOF2である。これは、水分が存在するとゆっくりと加水分解してさらにSO2とHFとなるが、これは次の化学式で表される。
SOF2 + H2O = SO2 + 2HF
【００３１】
図２は、検出器の応答にSO2、SF4、SOF2、SO2F2 ならびに COS濃度を対照させたグラフである。SF6分解生成物検出器はSO2F2、SO2、そしてSF4に感度が高い。前記検出器は、主要コンポーネントとして流量制御装置、触媒反応管、そしてガス検出器から構成されている。図１に示すように、試験対象である設備からSF6ガスを取入口としてのガス取入ライン１につなぐ。流量制御弁２は、触媒３と検出器４の運転に最適な流量に設定されている。ガスはスクラバ管５を通り、最後に排気管６から外気に放出される。公称流量は１分当たり0.4リットルである。
【００３２】
試料ガスは、200 〜 600 cc/分の間の流量で計測しながら加熱した反応管に送り込まれる。検出器は、SOF2 (基本的分解生成物質)ならびにSO2について検出限界が1ppmであり、COS については限定された感度、SO2F2にはまったく反応しない（図２参照）。前記検出器は通電されている設備から設備圧力下で試料を採取することができる。前記検出器はSF4 に反応する。SF4 は、極度に反応性が高く、分解生成ガス混合気体において大きな組成分となることはまずない。
【００３３】
前記触媒３を有する触媒反応管（触媒管）は高温に保つ。前記触媒管の公称運転温度は摂氏200度である。前記触媒管は、直流/交流インバータの二次ループに取り付けられている。Kタイプ熱電対によって温度を計測し、加熱出力を高周波パルス幅モジュレータを使用して制御する。こうして高い効率でエネルギー変換を行うおかげで、加熱時間が1分未満と早く、充電式電池を電源として使うことができる。
【００３４】
チャンバとして機能する前記触媒管は、ステンレススチール製であり、１００〜１２０メッシュの微細なシリカゲルを充填してある。前記触媒管は、SOF2 とSF4 をSO2に変換させ、SO2を市販のセンサーで検出する。適当な市販のSO2センサーが、City Technology、Draeger、 Sensidyne、及びInternational Sensor Technology等から出ており、感度が1 ppm レベルとなっている。
【００３５】
前記スクラバ管５は、SO2 ならびに他の反応性ガスを排気から除去するために使用されている。前記スクラバ管５には、3A型分子篩が充填されている。他の素材の使用も成功しており、活性アルミナならびにソーダ石灰が例としてあげられる。
【００３６】
図2に示すグラフは、本検出器のSO2、SF4、SOF2、SO2F2 ならびに COSへの応答を示す。SO2、SF4、及びSOF2への応答は0 〜 10 ppmの領域において線型となっている。よって、本検出器は、基本的にSO2、SF4、及びSOF2の合計を読み出すのである。
【００３７】
前述の先行技術文献を参照すれば、本技術を熟知した者には明解であろうが、本発明の実施においては、その真の趣旨や範囲から逸脱することなく数多くの大小の変更が可能である。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項によって定義される実体にしたがって解釈されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるSF6 分解生成物検出器（ＳＦ６ＤＰＤ）の概略を示す図。
【図２】図１の検出器の反応にSO2、 SF4、SOF2、SO2F2 ならびにCOS濃度を対照させて示したグラフ。
【図１】
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【図２】
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